咱文章编号暂1009-2846(2020)02-0027-04
吉林水利2020年02月
基于不同厚度苯板结构设计对渠道
衬砌的保温试验
杨春旗
渊辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司袁辽宁
沈阳
110003冤
咱摘要暂辽宁地区的灌区每年冬天渠道都会面临渠基土冻胀问题袁而冻胀程度直接决定了渠道衬砌工程的使用年限遥本文通过对灌区中苯板保温渠道衬砌结构和对比结构的试验观测袁获得了有关灌区渠道衬砌地温尧冻深及冻胀量变化情况的相关数据袁经过对比分析袁得到采用不同厚度的苯板材料衬砌下对渠基土地温尧冻深及冻胀量的影响袁并通过试验获得了灌区渠道适宜的苯板衬砌厚度袁为灌区渠道衬砌工程设计提供了参考依据遥咱关键词暂苯板保温曰基土温度曰冻深曰冻胀量咱中图分类号暂TV698.26
咱文献标识码暂B
1引言
由于冻涨在北方灌区渠道衬砌中普遍采用的
2
2.1
试验方案
为研究苯板材料在灌区的应用情况袁本次试渠道衬砌结构形式
是基土换填法袁即将渠道内的冻胀性土壤换填成40cm厚砂砾料遥但这种换填方法由于开挖量大袁施工困难袁换填厚度也难以满足设计要求遥每到冬季袁渠道衬砌混凝土表面均因冻胀产生不同程度的沉陷和开裂变形袁严重影响渠道衬砌效果遥且这种通过换填基土解决渠道冻涨方法投资也相对较大袁从投资效益角度看也极不经济遥经多年观测和分析研究袁在北方影响渠道基土冻胀的因素主要是衬砌基土温度长时间处于零下状态并含有大量水分遥因此袁为了消减冻胀破坏袁延长工程的使用年限袁提高投资效益袁灌区渠道衬砌工程急需寻找新的防冻胀结构形式遥为此袁本文根据辽宁省的气候条件和渠道冻胀破坏特征袁以及目前在建筑工程领域普遍使用的苯板保温材料的实践袁通过设计不同厚度的苯板结构形式的渠道衬砌保温试验袁获取苯板材料保温效果以及相关技术参数袁为苯板材料在渠道保温设计中的应用提供科学依据遥
验将试验段设置在灌区1支渠尧2支渠和3支渠遥各试验段均设计了三种不同厚度的苯板保温结构和一种对比结构袁具体设计见表1遥部分结构断面见图1原3遥2.2
试验观测设备
将试验用地温观测管渊如图4所示冤埋入渠基
土中袁埋入深度分别为40cm和80cm遥地温观测管与冻深观测管埋设的方法相同袁将乳胶管内注满水袁用卷尺测量乳胶管内结冰的长度遥冻胀量采用相对测量法袁取距坡脚约1/3处做为坡面冻胀观测点并用钢钉固定袁渠底观测点取渠底的中心点遥冻胀量观测用基准点埋设在试验渠段的渠堤上袁露出的钢筋埋设深度要大于土壤冻层袁钢筋底部与一块钢板焊接固定遥将钢筋套入填满甘油的PVC2.3
管中袁保证其不受冻胀变形的影响袁具体见图4遥
试验观测各项内容制定观测制度为每隔10试验观测制度
天观测1次袁冬季户外温度迅速下降期间需加密
咱收稿日期暂2019-11-18
咱作者简介暂杨春旗渊1987-冤袁男袁汉族袁辽宁营口人袁助理工程师袁主要从事水利水电工程质量检测工作遥
-27-
吉林水利
表1
序号1基于不同厚度苯板结构设计对渠道衬砌的保温试验
试验设计
试验段位置1支渠结构二结构三结构一结构一结构形式
素土夯实+4cm苯板+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250素土夯实+6cm苯板+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250素土夯实+8cm苯板+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250
杨春旗2020年02月
22支渠
结构二结构三结构一
素土夯实+苯板渊底6cm袁阴坡8cm袁阳坡5cm冤+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250素土夯实+苯板渊底6cm袁阴坡6cm袁阳坡4cm冤+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250
素土夯实+苯板渊底4cm袁阴坡6cm袁阳坡3cm冤+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250
素土夯实+苯板渊底8cm袁阴坡10cm袁阳坡7cm冤+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250素土夯实+苯板渊底8cm袁阴坡8cm袁阳坡6cm冤+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250
33支渠
结构二结构三
素土夯实+苯板渊底10cm袁阴坡10cm袁阳坡8cm冤+8cm现浇钢筋混凝土覬6@250伊250
对比结构素土夯实+40cm砂石垫层+8cm现浇钢筋混凝土板覬6@250伊250
300
300
300
300
现浇钢筋混凝土80mm阳坡苯板渊30曰50曰70冤mm
2000
渊40曰60曰80冤mm苯板素土夯实
现浇钢筋混凝土80mm
素土夯实
700
现浇钢筋混凝土80mm
现浇钢筋混凝土80mm渠底苯板渊40曰60曰80冤mm
素土夯实
阴坡苯板渊60曰80曰100冤mm素土夯实
图1
300
1支渠3种厚度的苯板结构断面图
300
图22支渠3种厚度的苯板结构断面图
基准点
钢筋
渠堤
阴坡
700
a
b
40cm
c
阳坡
现浇钢筋混凝土80mm阳坡苯板渊40曰60曰80冤mm
素土夯实现浇钢筋混凝土80mm阴坡苯板渊60曰80曰100冤mm素土夯实
甘油
现浇钢筋混凝土80mm渠底苯板渊60曰80曰100冤mm素土夯实
80cm
图33支渠3种厚度的苯板结构断面图图4地温尧冻胀量观测设备示意图
观测袁每隔5天观测1次遥
3.2
3
3.1
苯板在渠道衬砌中应用效果观测
本次试验用苯板材料均采用统一标准袁具体
表2
序号12354
此观测时间从2011年冬季开始遥辽宁各试验段具体各苯板保温结构与对比结构地温提高值见表3遥
综合4年观测数据袁采用苯板保温结构后袁
3支渠试验段是于2011年4月施工完成袁因
渠基土温度变化
苯板物理力学性能
性能见表2遥
试验用苯板物理力学性能
项目表观密度kg/m3导热系数W/(m.K)吸水率渊体积分数冤%尺寸稳定性%压缩强度KPa
技术要求逸20.0臆0.041臆4臆3逸100
检测结果20.10.0403.42105
深渠基土温度可提高0.16益要5.22益遥苯板的保温效果除了与厚度有关袁还与苯板应用的位置有关袁
40cm深渠基土温度可提高0.04益要4.27益袁80cm
东西边坡苯板厚度每增加1cm可提高渠基土温度0.64益遥南边坡苯板厚度每增加1cm可提高渠基土温度0.93益袁北边坡苯板厚度每增加1cm可提高渠基土温度1.22益遥采用6cm及以上厚度苯板保温结构其渠基土40cm深度以下温度4年冬季基本维持在负温以上袁部分结构地温变化情况见图
-28-
吉林水利
表3
试验段1支渠结构一基于不同厚度苯板结构设计对渠道衬砌的保温试验
不同苯板保温结构地温提高值表/益
观测位置东坡40cm2.661.593.093.383.133.343.783.634.192.031.060.722.221.781.532.912.781.75要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要2010-201180cm3.091.943.504.193.004.474.724.285.223.380.811.533.691.221.594.282.911.91要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
40cm1.932.182.882.623.013.393.133.884.262.440.481.002.902.012.473.252.182.722.181.791.922.782.893.022.902.893.42
2011-201280cm1.852.052.853.352.433.733.873.754.491.850.911.112.192.262.152.622.332.21.831.411.512.702.202.232.752.372.74
40cm2.470.292.293.361.543.143.493.024.143.200.090.113.660.511.754.091.692.011.950.811.992.962.813.263.132.963.32
2012-2013杨春旗2020年02月
80cm2.402.562.792.872.143.083.314.064.131.960.160.742.500.361.723.031.611.841.802.001.642.683.972.722.884.052.96
40cm2.101.012.522.761.453.012.844.273.452.010.040.232.331.680.842.912.121.052.071.231.212.721.641.842.812.962.47
2013-201480cm2.352.742.872.913.353.053.413.383.801.461.010.371.991.210.882.481.930.952.001.811.282.982.992.343.133.002.86
渠底西坡东坡渠底西坡
结构二
结构三东坡渠底西坡
2支渠结构一南坡
渠底北坡南坡渠底北坡
结构二
结构三南坡渠底北坡
3支渠结构一
渠底北坡
南坡
结构二南坡渠底北坡
结构三南坡渠底北坡
5要7遥
苯板可以提高渠基土温度袁同样可以减小冻深值袁对渠基土的冻胀有明显的抑制作用袁能明显减小冻胀量遥冻深尧冻胀量试验结果见表4遥8cm厚苯板削减冻深分别为59.5%袁67.6%袁70.9%遥
据试验数据可知院试验段东西边坡4cm尧6cm尧
试验数据证明袁苯板可明显提高渠基土的地
温袁这是由于苯板很好的隔热作用袁可有效减缓渠基土与外界的热交换速度袁使渠基土在冻结过程中温度速率降低缓慢袁减少渠基土冬季处于负温的时间袁苯板越厚袁保温效果越明显遥3.3
渠基土冻深尧冻胀量变化
南坡6cm尧8cm尧10cm厚苯板削减冻深分别为57.2%袁65.7%袁72.0%遥北坡3要8cm厚苯板削减冻
9
87654321012/12010-20112011-20122012-20132013-2014
87654321
-1
12/112/1012/1912/280
1/61/151/242/22/112/20时间渊月/日冤
3/13/103/193/284/62010-20112011-20122012-20132013-2014
12/1012/1912/281/61/151/24时间渊月/日冤
2/22/112/203/13/103/193/284/6图51支渠东坡40cm深地温图62支渠南坡80cm深地温
-29-
吉林水利
87654321012/1基于不同厚度苯板结构设计对渠道衬砌的保温试验杨春旗2020年02月
深分别为35.1%要89.6%遥渠底4cm尧6cm尧8cm尧
2011-20122012-20132013-2014
10cm厚苯板削减冻深分别为28.5%袁39.6%袁
53.5%袁64.1%遥苯板保温结构渠基土的冻深变化进大袁缩短了整个冻结期遥
程明显变缓袁且使渠基土融化期提前袁融化速率加
对比结构最大冻胀量达14.5cm袁采用苯板保温结构后袁东西边坡4cm尧6cm尧8cm厚苯板削减冻
12/1012/1912/281/61/151/24时间渊月/日冤
2/22/112/203/13/103/193/284/6图73支渠北坡80cm深地温
表4
试验段1支渠结构一观测位置东坡渠底西坡
结构二
东坡渠底西坡
结构三
东坡渠底西坡
对比
东坡渠底西坡
2支渠
结构一
南坡渠底北坡
结构二
南坡渠底北坡
结构三
南坡渠底北坡
对比
南坡渠底北坡
3支渠
结构一
南坡渠底北坡
结构二
南坡渠底北坡
结构三
南坡渠底北坡
对比
南坡渠底北坡
不同苯板保温结构最大冻深尧最大冻胀量表/cm
2010-20112011-20122012-20132013-2014最大冻深35.5292732.227.52225.515.58470.59331.551.52829.53220.72628.519.599.557.551要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要32最大冻胀5.24.04.32.03.23.92.30.72.77.46.86.83.53.53.3321.81.71.41.56.410.47.2要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
最大冻深37.544282331.522.521.51522.571688650.528.53121.515.525.52412.51085748.529.519.534.529.512.532.528895.562524442
最大冻胀7.65.68.51.82.42.60.60.30.514.58.47.83.21.20.510.40.40.60.187.172.621.30.70.40.30.60.40.34.34.13.94
最大冻深31.54827234523.5213423678081522829.548.52025.545.51995.561383462142644.59.520.53877897.54439
最大冻胀3.22.02.81.30.40.31.30.60.57.82.74.51.80.91.20.80.10.80.100.17.77.45.63.42.40.62.32.30.31.22.60.26.81.92.6
最大冻深
25492319482218322249876034482130.5461724381073622931641624.535316.5160646852
最大冻胀3.04.34.91.91.23.510.51.410.35.78.33.56.91.71.65.70.20.65.40.18.37.54.28.46.15.46.31.510.81.40.57.24.14.1
渊下转第49页冤
-30-
吉林水利优化ELM人工神经网络模型在小流域径流模拟中的应用研究李志环2020年02月
计算数据与实测数据对比结果来看袁模拟结果和实测结果之间具有较好的吻合度袁说明本文构建的基于改进有限差分算法的ELM模型可以用于研究区的地表径流模拟遥阴
参考文献院
[1]袁学军.喀左县姚洞子小流域水土流失综合治理探讨[J].水土保持应用技术袁2014渊3冤院46-47.
[2]刘甜袁梁忠民袁邱辉袁金路熠袁王军袁黄一昕.基于CFS的汉江上游梯级水库系统月入库径流预测[J].水电能源科学袁2019袁37渊8冤院14-17+10.
预测[J].水利水电技术袁2018袁49渊8冤院71-77.
[4]卢欣欣袁潘丽平.ELMs和SVMs在多分类问题上的泛化性能比较[5]孔俊袁李士进袁朱跃龙.集成极限学习机的中小河流洪水预报方法研究[J].水文袁2018袁38渊1冤院67-72.
[6]王为袁覃宇建袁刘培国袁周东明.基于高阶时域有限差分法与改进报袁2012袁34渊12冤院2999-3005.
[7]包红军袁王莉莉袁李致家.基于人工神经网络的水位预报多断面实时校正研究[J].中国农村水利水电袁2018渊8冤院91-94+99.[8]彭欣怡袁于国荣袁张代青.不同组合小波神经网络模型对径流预测的适用性[J].人民长江袁2015袁46渊24冤院24-28.[J].计算机应用与软件袁2019渊10冤院262-267+278.
节点分析法混合求解复杂传输线网络瞬态响应[J].电子与信息学
[3]李志新袁赖志琴袁龙云墨.基于GA-Elman神经网络模型的年径流
StudyonApplicationofOptimizedELMArtificialNeuralNetworkModel
inrunoffsimulationforsmallwatershed
Abstract院Accurateandefficientrunoffsimulationisanimportanttopicinthefieldofhydrologicalresearch.InestablishedanELMmodelbasedontheimprovedfinitedifferencealgorithm.Thesimulationandverificationresultsofthemodelparametersshowthatthesimulationresultsareingoodagreementwiththemeasuredre鄄sults袁alsoshowthatthemodelcanbeusedinsurfacerunoffsimulationforthestudyarea.Keywords院ELMmodel曰runoffsimulation曰surfacerunoff
LiZhihuan
thispaper袁theauthor袁takingYaodongzismallwatershedKazuoCountyofLiaoningProvinceasanexample袁
渊上接第30页冤
10cm厚苯板削减冻胀量分别为40.2%袁66.6%袁胀量分别为32.1%袁72.8%袁80.5%遥南坡6cm尧8cm尧
资袁适于与该灌区及自然条件相似的北方冻胀区渠道衬砌中推广应用遥根据试验数据袁在实际推广应用中袁建议铺设苯板厚度为6cm及以上袁具体可依照工程投资预算而定袁渠道阳坡部位铺设苯板厚度可以适当减小遥阴
参考文献院
[1]张文峰袁李西平袁黄绍磊袁李璐.鲇鱼山灌区渠首除险加固输水能力研究[J].人民黄河袁2019渊11冤援
[2]刘群昌袁史源袁吉晔袁章少辉.聚苯板在渠道衬砌防冻胀中的应用
68.1%要90.8%遥渠底4cm尧6cm尧8cm尧10cm厚苯板
87.8%遥北坡3要8cm厚苯板削减冻胀量分别为
削减冻胀量分别为45.7%袁51.6%袁68.8%袁81.3%遥6cm厚苯板材料基本可以将冻胀量控制在3cm以下遥
4结语
通过在灌区进行的试验表明袁渠道衬砌采用
性能评价[J].水利与建筑工程学报袁2018渊8冤援
[3]银英姿袁贾琦袁赵强袁张栋袁周娟.含水量对渠道保温板保温耐久性的影响及保温板厚度设计[J].水利水电技术袁2017渊2冤援利科技袁2015渊9冤援
[4]侯建梅.防渗抗冻技术在水利工程中应用成果研究[J].黑龙江水
苯板保温可以明显提高渠基土温度袁减小冻深袁削减冻胀量袁提高渠道衬砌的使用寿命袁减少工程投
-49-
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容